王沛然，王玉軍，周東美，劉　存①，方鳳滿

(1.安徽師范大學(xué)國土資源與旅游學(xué)院，安徽 蕪湖　241003；2.中國科學(xué)院南京土壤研究所/ 中國科學(xué)院土壤環(huán)境與污染修復(fù)重點實驗室，江蘇 南京　210008)

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幾種模擬土壤固相組分對平面和阻轉(zhuǎn)構(gòu)型PCBs的吸附作用

王沛然1,2，王玉軍2，周東美2，劉存2①，方鳳滿1②

(1.安徽師范大學(xué)國土資源與旅游學(xué)院，安徽 蕪湖241003；2.中國科學(xué)院南京土壤研究所/ 中國科學(xué)院土壤環(huán)境與污染修復(fù)重點實驗室，江蘇 南京210008)

摘要：采用批平衡試驗方法，模擬了土壤的3種主要吸附活性組分〔K+飽和蒙脫石(K+-Mont)、胡敏酸-蒙脫石復(fù)合體(HA-Mont)和生物質(zhì)炭(BC)〕對2種構(gòu)型的一氯代聯(lián)苯(PCBs)〔非共平面阻轉(zhuǎn)類2-氯聯(lián)苯(2-CB)和共平面類4-氯聯(lián)苯(4-CB)〕的吸附特性。結(jié)果表明：線性方程均能很好地擬合3種模擬土壤固相組分對多氯聯(lián)苯的吸附，2種PCBs的吸附分配系數(shù)(Kw)從大到小依次均為BC、HA-Mont和K+-Mont。通過不同溫度下吸附等溫線的熱力學(xué)分析，發(fā)現(xiàn)K+-Mont對PCBs的吸附驅(qū)動力主要為表面吸附作用和疏水作用，蒙脫石礦物的層間是重要吸附域；HA-Mont對PCBs的吸附驅(qū)動力主要為分配作用；而BC對PCBs的吸附域主要為芳香性微孔表面，表面和PCB分子間的π-π作用是吸附的主要驅(qū)動力。盡管2種PCBs的疏水性相近，共平面類4-CB在3種吸附劑上的吸附量均顯著大于阻轉(zhuǎn)類2-CB，原因主要為非共平面的2-CB的空間位阻效應(yīng)阻礙了2-CB進入納米尺寸的蒙脫石礦物層間或BC的微孔吸附域，有機污染物分子的空間結(jié)構(gòu)對污染物在土壤中的吸附遷移過程起重要作用。

關(guān)鍵詞：多氯聯(lián)苯類；黏土礦物；胡敏酸-黏土礦物復(fù)合體；生物質(zhì)炭；吸附

蒙脫石具有遇水膨脹、有較強的陽離子交換量(CEC)、比表面積大以及獨特的納米尺度層間空隙等結(jié)構(gòu)特點,能強烈吸附多種類型污染物,對土壤環(huán)境中的有機污染遷移和歸趨有重要影響[1],由于價格低廉被廣泛應(yīng)用于廢水處理、空氣凈化及垃圾防滲等領(lǐng)域[2]。

土壤中,SOM一般被包裹在蒙脫土表面形成復(fù)合體,表面包裹的SOM能改變黏土礦物的物理化學(xué)性質(zhì),如比表面積和層間陽離子交換量[9],進而影響有機污染物在復(fù)合體上的吸附。目前,國內(nèi)外已對黏土礦物-有機質(zhì)復(fù)合體進行了大量研究以模擬真實土壤對有機污染物的吸附過程,SOM能促進對三氯乙烯[10]、四氯苯[9]和抗生素[11]的吸附。GAO等[12]發(fā)現(xiàn)SOM不僅影響復(fù)合體對磺胺類污染物的吸附,同時也影響磺胺類在復(fù)合體上的解吸。LI等[3]發(fā)現(xiàn)SOM對K+飽和黏土吸附農(nóng)藥沒有作用,但可影響其在Ca2+飽和黏土上的吸附和解吸。ZHANG等[9]發(fā)現(xiàn)SOM覆蓋黏土表面抑制了離子偶極作用,從而限制了1,3-二硝基苯和敵草隆在蒙脫土上的吸附。

自然源和人為源的生物質(zhì)不完全燃燒生成的土壤黑炭,包括炭黑、生物質(zhì)炭(BC)等,盡管其在土壤中含量比蒙脫土和有機質(zhì)-蒙脫土復(fù)合體少,但具有多孔性、高比表面積以及豐富的表面官能團等特點,能夠很好地吸附有機污染物和某些無機金屬陽離子[13]。人工制備的BC常常被施加到土壤中用于調(diào)節(jié)和修復(fù)土壤[14]。由于原材料、燃燒溫度以及處理過程不同,BC的物理化學(xué)性質(zhì)有很大差異,例如,隨著燃燒溫度的升高,BC逐漸由脂肪性過渡為芳香性,極性指數(shù)急劇降低,微孔結(jié)構(gòu)被打開,比表面積逐漸增大,吸附從以分配作用為主變?yōu)橐晕阶饔脼橹鱗15]。BC對菲、硝基苯、多氯聯(lián)苯和敵草隆等多種類型有機污染物都有很強的吸附能力,吸附機制主要為分配作用、表面吸附、π-π鍵和孔隙作用等[16]。

目前,關(guān)于PCBs在土壤中吸附機理研究主要集中于吸附劑的特性以及污染物的疏水性對吸附過程的影響。然而,近期的研究發(fā)現(xiàn)一些同分異構(gòu)的PCBs盡管辛醇-水分配系數(shù)近似,在土壤上的吸附卻差別很大,這可能是有機污染物的空間結(jié)構(gòu)不同造成的。為此選取2-氯聯(lián)苯(2-chlorobiphenyl,2-CB)和4-氯聯(lián)苯(4-chlorobiphenyl,4-CB)2種構(gòu)型不同的目標(biāo)污染物,探討其在土壤中的3種主要吸附劑(蒙脫土、胡敏酸-蒙脫土復(fù)合體和生物質(zhì)炭)上的吸附熱力學(xué)規(guī)律,以期更好地了解PCBs在土壤中的吸附規(guī)律。

1材料與方法

1.1化學(xué)藥品

供試分析純級2-CB和4-CB(表1)購自安普公司(上海),無水乙酸鈉、乙酸、KCl和NaCl購自國藥集團化學(xué)試劑有限公司(上海),胡敏酸(HA)購自Sigma-Aldrich公司(美國),透析膜購自聯(lián)合碳化公司(美國),甲醇和正己烷購自Merck公司(德國),均為色譜純。制備生物質(zhì)炭的松針采自南京九華山公園的雪松。

表1供試多氯聯(lián)苯(PCBs)的物理化學(xué)性質(zhì)

Table 1Physical and chemical properties of PCBs

PCBs平面類型旋轉(zhuǎn)勢壘[18]/(kJ·mol-1)25℃水溶解度[19]/(mg·L-1)正辛醇-水分配系數(shù)[20](lgKow)2-CB阻轉(zhuǎn)類28.805.5±0.54.464-CB共平面類8.331.2±0.34.69

1.2黏土礦物制備

供試黏土蒙脫土(SMF,FZ-10)購自豐虹公司(浙江),過0.075 mm孔徑篩備用。

1.2.1鉀飽和蒙脫土(K+-Mont)的制備

稱量一定量黏土放入超純水中攪拌1 d,以600 r·min-1離心(r=15.5 cm)6 min,去除瓶底直徑大于2 μm的顆粒;用0.5 mol·L-1NaCl飽和3次,以4 500 r·min-1離心(r=15.5 cm)30 min,倒掉上清液,用超純水清洗3次以去除多余Cl-;用pH值為5的0.5 mol·L-1乙酸鈉緩沖液將黏土溶液pH值調(diào)節(jié)到6.8以移除碳酸鹽雜質(zhì)，再用0.5 mol·L-1的KCl飽和3次,重復(fù)上述步驟3次;最后,把所得黏土礦物冷凍干燥后研磨成粉末狀過0.15 mm孔徑篩待用[21]。通過低溫外加熱重鉻酸鉀氧化-比色法測得其w(有機質(zhì))為0.03%,可忽略不計;通過比表面積氮吸附方法(BET)測得其比表面積為98.6 m2·g-1。

1.2.2胡敏酸-蒙脫土復(fù)合體(HA-Mont)的制備

將胡敏酸在超純水中溶解并過0.45 μm孔徑濾膜制得胡敏酸(HA)溶液,把K+-Mont加入該溶液避光攪拌1周,以4 500 r·min-1離心(r=15.5 cm)30 min后倒掉上清液,再用0.5 mol·L-1的KCl飽和3次,用12 000 Da的透析袋透析1周,再用超純水清洗至無亮棕色,以4 500 r·min-1離心(r=15.5 cm)30 min,倒掉上清液,冷凍干燥研磨過0.15 mm孔徑篩待用[3]。通過低溫外加熱重鉻酸鉀氧化-比色法測得其w(有機質(zhì))為0.93%。

1.2.3BC的制備

新鮮松針樣品用去離子水洗凈,在80 ℃的烘箱中烘干12 h,磨碎過0.15 mm孔徑篩,把樣品盛入帶有蓋子的坩堝中,放入通少量氧氣的馬弗爐中熱解,升溫程序為100 ℃熱解2 h,后以10 ℃·min-1程序升溫到500 ℃,保持6 h,樣品冷卻至室溫后取出,研磨成粉過0.15 mm孔徑篩待用[22]。通過BET氮吸附方法和元素分析儀測得BC比表面積和w(C)分別為7.31 m2·g-1和67.6%。

1.3批試驗方法

所有的等溫吸附試驗均采用批平衡方法。標(biāo)準(zhǔn)PCBs儲備液用甲醇配制,溶液用超純水稀釋。在K+-Mont和HA-Mont體系中φ(甲醇)均小于1%,BC體系中采用甲醇-水混合體系,φ(甲醇)為40%～60%。

1.3.1K+-Mont和HA-Mont對PCBs的吸附試驗

吸附試驗在8 mL帶有聚四氟乙烯墊片的安普玻璃離心瓶中進行,吸附劑濃度設(shè)定為:ρ(K+-Mont)為10 g·L-1,ρ(HA-Mont)為8 g·L-1。PCBs溶液濃度設(shè)定為:ρ(2-CB)為0.5～1.0 mg·L-1,ρ(4-CB)為0.2～0.6 mg·L-1,并加入0.01 mol·L-1KCl作為背景電解質(zhì)。試驗懸液分別在10、20和30 ℃條件下以200 r·min-1在恒溫振蕩箱中振蕩平衡24 h(預(yù)試驗證明在24 h內(nèi)可達平衡)。平衡后以4 000 r·min-1離心(r=15.5 cm)20 min,用玻璃移液管準(zhǔn)確移取定量上清液,用正己烷萃取。

1.3.2BC對PCBs的吸附試驗

采用混合溶劑助溶-外推法精確定量計算吸附系數(shù)[23]。吸附試驗在20 mL帶有聚四氟乙烯墊片的安普玻璃離心瓶中進行,稱取10 mg BC樣品,加入15 mL含有2-CB或者4-CB的甲醇-水混合溶液,2-CB和4-CB的初始濃度ρ為5.0～12.5 mg·L-1,混勻后置入20 ℃恒溫振蕩箱中,以200 r·min-1振蕩48 h(預(yù)試驗證明在48 h內(nèi)可達平衡)。平衡后以7 000 r·min-1離心(r=15.5 cm)30 min,用玻璃移液管準(zhǔn)確移取定量上清液,用正己烷萃取。

1.4PCBs的檢測方法

PCBs采用配備有Ni電子捕獲檢測器(μ-ECD)和自動進樣器的Aglient 7890(美國)進行檢測。儀器配備J&W Scientific HP-5氣相毛細管柱(30 m×0.32 mm×0.25 μm)。GC色譜條件為:檢測器溫度為300 ℃;進樣口采用不分流模式,溫度為250 ℃;載氣為高純氮氣,流速為1 mL·min-1,進樣量為1 μL,尾吹流量為30 mL·min-1。柱箱升溫程序為:從150 ℃開始,按15 ℃·min-1升溫到280 ℃,保持2 min。

1.5數(shù)據(jù)分析與結(jié)果計算

K+-Mont和HA-Mont對PCBs的批平衡等溫吸附試驗結(jié)果均能很好地用線性方程進行擬合。

Cs=Kw×Ce。

(1)

式(1)中,Ce為吸附平衡時溶液中PCBs質(zhì)量濃度,mg·L-1;Cs為吸附平衡時黏土或胡敏酸-黏土復(fù)合體中PCBs含量,mg·kg-1;Kw為線性固相-水分配系數(shù),L·kg-1。

BC對PCBs在甲醇-水體系中的吸附等溫線也能很好地用線性方程擬合,純水中的PCBs線性吸附系數(shù)Kw可由甲醇-水體系中Km外推得到[23]。

lg(Km/Kw)=-ασfc。

(2)

式(2)中,Km為甲醇-水體系中的線性吸附系數(shù);α為有關(guān)溶劑與吸附劑相互作用的經(jīng)驗常數(shù);σ為混合溶劑間作用力;fc為甲醇在混合體系中所占體積比,%。

PCBs在土壤不同模擬固相組分上吸附的熱力學(xué)參數(shù)可由上述計算得到的純水體系中的線性吸附系數(shù)推導(dǎo)得到,具體計算公式如下:

ΔG=-RTlnKw,

(3)

(4)

(5)

式(3)～(5)中,ΔG為吸附過程的吉布斯吸附自由能變化,kJ·mol-1;R為摩爾氣體常量;T、T1、T2均為吸附試驗中不同熱力學(xué)溫度,K;Kw，T1、Kw，T2為不同熱力學(xué)溫度下的吸附系數(shù),L·kg-1;ΔH為吸附的標(biāo)準(zhǔn)焓變化,kJ·mol-1;ΔS為吸附的標(biāo)準(zhǔn)熵變化,kJ·mol-1·K-1。

有機污染物在有機質(zhì)中的分配系數(shù)(lgKom)和其辛醇-水分配系數(shù)(lgKow)具有一定的線性相關(guān)性,方程為lgKom=0.904 lgKow-0.779[24]。根據(jù)表1中的lgKow值計算得到2-CB和4-CB的lgKom分別為3.25和3.46。由于PCBs在K+-Mont和HA-Mont上的吸附都是線性吸附,所以可以用簡單的復(fù)合模型來預(yù)測HA和K+-Mont在整個吸附過程中的獨立貢獻[3]。

Kcal=fomKom+fclayKclay。

(6)

式(6)中,Kcal為胡敏酸-蒙脫土復(fù)合體的吸附系數(shù),L·kg-1;fom和fclay分別為胡敏酸-蒙脫土復(fù)合體中的胡敏酸和黏土質(zhì)量分數(shù),%;Kom為PCBs在胡敏酸中的線性分配系數(shù),L·kg-1;Kclay為PCBs在K+-Mont上的線性吸附系數(shù),L·kg-1。

2結(jié)果與討論

2.1PCBs在K+-Mont上的吸附

由圖1和表2可知,不同溫度下K+-Mont對PCBs的吸附均可較好地用線性模型擬合,這可能是因為不含有機質(zhì)的黏土礦物對低濃度非離子型有機污染物的吸附主要是疏水作用,吸附域在黏土層間[25-26]。

Ce為吸附平衡時溶液中PCBs質(zhì)量濃度；Cs為吸附平衡時黏土或胡敏酸-黏土復(fù)合體中PCBs含量。

表2不同溫度下鉀飽和蒙脫土(K+-Mont)對PCBs吸附的熱力學(xué)參數(shù)

Table 2Thermodynamic parameters of PCBs sorption on K+-Mont relative to temperature

PCBsT/KKw/(L·kg-1)r2ΔG/(kJ·mol-1)ΔH/(kJ·mol-1)ΔS/(kJ·mol-1·K-1)2-CB283.1533.88±0.520.9825-8.29-17.13～-14.62-0.03～-0.02293.1526.43±0.570.9805-7.98303.1521.68±0.460.9647-7.754-CB283.1552.94±0.110.9814-9.34-15.50～-12.54-0.02～-0.01293.1542.29±1.190.9680-9.13303.1535.69±0.580.9653-9.01

T為熱力學(xué)溫度;Kw為純水體系中吸附系數(shù);ΔG為吉布斯吸附自由能變化;ΔH為標(biāo)準(zhǔn)焓變化;ΔS為標(biāo)準(zhǔn)熵變化。

表2中不同溫度下ΔG和ΔH均為負值,說明PCBs在K+-Mont上的吸附屬于自發(fā)的放熱吸附,為物理吸附[27-28]。ΔH能表征污染物分子與吸附劑表面的作用強度,在吸附PCBs的過程中,ΔH絕對值比ΔG能量絕對值大近1倍,說明2-CB和4-CB 在K+-Mont上的吸附驅(qū)動力同時包含了疏水分配和表面吸附作用。ΔS表征分子的自由度,2-CB 和4-CB的ΔS均為負值,說明所吸附的PCBs分子被固定在黏土表面或?qū)娱g,自由度降低[11]。

4-CB的Kw值遠大于2-CB,4-CB更易被吸附在蒙脫石上。由表1可知,2-CB和4-CB的lgKow分別為4.46和4.69,疏水性相近,單純的疏水作用不能完全解釋兩者在黏土上吸附的差異。蒙脫石對有機污染的吸附域主要為黏土層間,層間表面積占黏土總比表面積的80%以上;K+-Mont的層間空隙厚度約為6?,平面型分子易于進入黏土層間而被吸附[6-7]。2-CB的旋轉(zhuǎn)勢壘和二面角遠大于4-CB,分子的空間尺寸阻礙了2-CB進入K+-Mont層間,而共平面型的4-CB則可自由進入K+-Mont層間。因阻轉(zhuǎn)類PCBs需克服相當(dāng)大的空間位阻,導(dǎo)致其在蒙脫石上的吸附顯著低于共平面類PCBs。

2.2PCBs在HA-Mont上的吸附

由圖2可知,HA-Mont對PCBs的吸附同樣可以很好地用線性模型擬合。表3中HA-Mont對PCBs吸附過中的ΔG和ΔH均為負值,說明該過程仍為自發(fā)的放熱的線性物理吸附過程[27]。不同溫度下ΔG和ΔH大小差異不顯著,說明PCBs分子主要均勻分配在HA中,與PCBs在K+-Mont表面的吸附不同[5]。從線性吸附系數(shù)Kw可知,不同溫度下4-CB 在HA-Mont上的吸附是2-CB的2.09～2.18倍,表明構(gòu)型因素同樣影響PCBs在胡敏酸-蒙脫土復(fù)合體上的吸附。

2.3HA對K+-Mont吸附PCBs的影響

對比表2和表3發(fā)現(xiàn),HA-Mont對2-CB和4-CB的吸附系數(shù)Kw值分別是K+-Mont的2.69～3.13和3.76～3.95倍。在反應(yīng)溫度為20 ℃時,2-CB和4-CB的Kcal值分別為42.83和68.77 L·kg-1,分別可以解釋54%和41%的HA-Kont的Kw值。有學(xué)者使用X射線衍射(XRD)技術(shù)發(fā)現(xiàn)大部分胡敏酸分子或基團比較大,很難進入蒙脫石層間,主要包覆在蒙脫石的外表面和邊面位置[3,9]。LI等[3]通過XRD分別研究了4,6-二硝基鄰甲酚在K+-黏土和HA-黏土上的吸附情況,發(fā)現(xiàn)在有機-無機復(fù)合體中的黏土層間同樣是重要的吸附域,污染物可穿透疏水的胡敏酸層進入蒙脫石層間域。由于HA吸附在邊面位置,限制水分子進入蒙脫石層間,增加了黏土層間的疏水性,有更多的黏土硅氧烷疏水表面可以暴露出來,所以有機質(zhì)不僅起到了分配作用,還有效地促進了蒙脫石部分對PCBs的吸附,導(dǎo)致胡敏酸-黏土復(fù)合體的吸附大于HA和K+-Mont單獨貢獻之和。

表3不同溫度下胡敏酸-蒙脫土復(fù)合體(HA-Mont)對PCBs吸附的熱力學(xué)參數(shù)

Table 3Thermodynamic parameters of PCBs sorption on HA-Mont relative to temperature

PCBsT/KKw/(L·kg-1)r2ΔG/(kJ·mol-1)ΔH/(kJ·mol-1)ΔS/(kJ·mol-1·K-1)2-CB283.1591.10±0.860.9926-10.62-10.92～-10.160293.1578.63±0.350.9981-10.64303.1567.83±0.320.9983-10.634-CB283.15198.95±4.110.9836-12.46-13.93～-12.060293.15167.04±5.340.9630-12.47303.15138.33±0.470.9932-12.42

T為熱力學(xué)溫度;Kw為純水體系中吸附系數(shù);ΔG為吉布斯吸附自由能變化;ΔH為標(biāo)準(zhǔn)焓變化;ΔS為標(biāo)準(zhǔn)熵變化。

2.4PCBs在BC上的吸附

由圖3和表4可知,在不同甲醇-水體系下,BC對2-CB和4-CB都可用線性模型很好地擬合,可能是因為吸附劑含有較多的無定型物質(zhì)且比表面積很小[29]。隨著混合體系中甲醇含量的增高,BC對PCBs的吸附量隨之減少,吸附系數(shù)Km與φ(甲醇)呈良好線性關(guān)系。PCBs在BC上ΔG均為負值,說明吸附過程為自發(fā)吸附。2-CB和4-CB的ΔG分別為-28.13和-34.44 kJ·mol-1,遠高于PCBs在黏土礦物和有機質(zhì)上的吸附自由能,說明除了疏水作用以外,存在特定的相互作用,顯著促進了PCBs在BC上的吸附[27]。且BC的比表面積比K+-Mont小,說明比表面積可能不是主要影響因素,BC的微孔結(jié)構(gòu)及芳香性的微孔表面可能為主要吸附域,PCBs分子的芳環(huán)與BC之間的π-π作用則是吸附的主要驅(qū)動力。對比2-CB和4-CB在BC上的吸附系數(shù)lgKw發(fā)現(xiàn),4-CB比2-CB大1個數(shù)量級,這與BELES等[30]的研究結(jié)果一致,說明構(gòu)型因素的影響被進一步放大,多氯聯(lián)苯在炭質(zhì)材料上的吸附除了受到疏水作用和π-π作用控制外還受到PCBs構(gòu)型平面性的影響,共平面的疏水性有機污染物在BC上的吸附量比非平面污染物大[31].

Ce為吸附平衡時溶液中PCBs質(zhì)量濃度；Cs為吸附平衡時黏土或胡敏酸-黏土復(fù)合體中PCBs濃度。

表4不同甲醇-水體系下生物質(zhì)碳(BC)對PCBs的線性吸附系數(shù)及其外推純水體系下線性吸附系數(shù)和相應(yīng)的吸附自由能

Table 4Linear adsorption coefficient of PCBs on BC relative to ratio of the methanol-water solution and its derived linear adsorption coefficient and corresponding adsorption free energy in pure water

PCBsfc/%lgKmrm2ασlgKwrw2ΔG/(kJ·mol-1)2-CB403.450.98963.945.01±0.150.9890-28.13503.010.9696602.660.96264-CB404.260.99374.856.14±0.570.8973-34.44503.590.9753603.300.9492

fc為甲醇在混合體系中所占體積比;lgKm為混合體系中線性系數(shù)的對數(shù);lgKw為外推線性系數(shù)的對數(shù);rm2為混合體系中線性回歸系數(shù);rw2為外推體系中線性回歸系數(shù);α為有關(guān)溶劑與吸附劑相互作用的經(jīng)驗常數(shù);σ為混合溶劑間作用力;ΔGw為吉布斯吸附自由能變。

3結(jié)論

(1)K+-Mont、HA-Mont和BC對PCBs的吸附均能很好地用線性方程擬合,吸附劑對PCBs的吸附量隨著溶液中PCBs濃度的增加而增加。

(2)3種模擬土壤固相組分對PCBs的吸附均為自發(fā)的放熱吸附過程。其中,K+-Mont和HA-Mont對PCBs的吸附屬于物理表面吸附和疏水作用過程,BC對PCBs的吸附除了疏水作用外,其微孔區(qū)域的芳香性表面和PCB分子間的π-π作用是吸附的主要驅(qū)動力。

(3)共平面的4-CB在3種模擬土壤固相組分上的吸附量均大于非共平面的2-CB,主要是因為分子的空間尺寸阻礙了2-CB進入BC的微孔結(jié)構(gòu)或納米級的黏土礦物層間,導(dǎo)致非共平面類PCBs在蒙脫石上的吸附要顯著低于共平面類PCBs。

(4)HA能促進K+-Mont對PCBs的吸附。HA一般包裹在黏土表面或邊面位置,很難進入黏土的層間域,并限制了水分子的進入,加大了層間的疏水性,導(dǎo)致其吸附量大于HA和K+-Mont單獨貢獻之和。

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(責(zé)任編輯： 陳昕)

Adsorption of Co-Planar and Non-Planar Chlorobiphenyls on Simulated Soil Components.

WANGPei-ran1,2,WANGYu-jun2,ZHOUDong-mei2,LIUCun2,FANGFeng-man1

(1.College of Territorial Resources and Tourism, Anhui Normal University, Wuhu 241003, China; 2.Key Laboratory of Soil Environment and Pollution Remediation/ Institute of Soil Science, Chinese Academy of Sciences, Nanjing 210008, China)

Abstract:Characteristics of the adsorption of ortho-substituted non-planar 2-chlorobiphenyl (2-CB) and non-ortho-substituted co-planar 4-chlorobiphenyl (4-CB) on three major simulated sorptive soil components: K+ saturated montmorillonite(K+-Mont), humic acid-clay mineral complexes(HA-Mont) and biochar(BC) were studied through batch equilibration experiments. Results show that the linear eqatio could be used to fit the adsorption isotherms of PCBs on all the three absorbents with the adsorption coefficient Kw being in the order of BC>HA-Mont>K+-Mont. Thermodynamic analysis of the adsorption isotherms as a function of temperature indicated that both surface adsorption and hydrophobic effect were the driving forces of the PCBs sorption on K+-Mont, while partition was the major one of the PCBs sorption on HA-Mont, for the interlayer spaces of montmorillonite are the major adsorption area, and the aromatic nanoporous surface of BC and the π-π effect between PCB molecules were the major driving forces, for the surface was the major adsorption area of BC. The sorption of 4-CB was higher than that of 2-CB on all the three absorbents despite that 2-CB and 4-CB are similar in hydrophobicity, which suggests that steric effect of the non-planar structure prevents 2-CB from accessing nano sized interlayer spaces of montmorillonite or nanopores on the surface of BC. All the findings in this study indicate that the three dimensional structures of organic pollutant molecules play an important role in their sorption and translocation in the soil.

Key words:polychlorobiphenyl;clay minerals;humic acid-clay mineral complex;biochar;adsorption

作者簡介：王沛然(1989—),男,河北邢臺人，碩士生,主要從事有機污染物吸附與控制方面的研究。E-mail: wangpr1432@163.com

DOI：10.11934/j.issn.1673-4831.2016.02.020

中圖分類號：X131.3

文獻標(biāo)志碼：A

文章編號：1673-4831(2016)02-0302-07

通信作者①E-mail: liucun@issas.ac.cn ②E-mail: ffm1974@mail.ahnu.edu.cn

基金項目：國家自然科學(xué)基金青年基金(41301535);國家自然科學(xué)基金面上基金(41371480);江蘇省自然科學(xué)基金青年基金(BK20131042)

收稿日期：2015-06-03